DIGITALNI RESURSI ZA UPRAVLJANJE KVALITETOM UGLJA

DIGITAL RESOURCES FOR COAL QUALITY MANAGEMENT

Ranka Stanković, Božo Kolonja, Mirjana Jovanović, Olivera Kitanović, Dejan Stevanović

Rudarsko-geološki fakultet

Đušina 7, Beograd

Abstract: The half of total coal reserves within Kolubara Coal Basin is of quality outside the boundaries optimal for combustion. Trough the introduction of the Coal Quality Management and Control Centre, problems cause by quality variations would be eliminated together with recovery problems caused by quality variations would be eliminated, and recovery of coal reserves increased. This paper discusses issues related to digital resources preparation for coal quality management. Geological database development, with is of paramount importance for geological modeling face, is briefly described, with some conclusion of statistical data analysis. Very important resources are survey data sets, such as digital terrain model, topology and situation maps and cartography with infrastructure and mining equipment. Short overview of geological model for Tamnava West Field, made in Minex, is given by 3D and 2D examples of structure model, together with seam modeling strategy. Description of the technological solution and conceptual information system design present our approach to coal quality management.

Key words: COAL, GEOLOGICAL MODELING, COAL QUALITY MANAGEMENT

1. UVOD

Eksploatacija mineralnih sirovina danas sve više koristi metode, tehnike i alate koje nudi informaciona tehnologija. Među njima, sistemi za modeliranje ležišta i planiranje rudarskih radova zauzimaju posebno značajno mesto. Ovi sistemi omogućavaju geolozima da dosadašnje manuelno crtanje profila i karata zamene 3D modeliranjem ležišta i moćnim sistemom 2D i 3D vizuelizacije podataka, dok rudarima u službama planiranja predstavljaju dragocen alat kako za operativno, tako i za kratkoročno, srednjeročno i dugoročno planiranje.

Ovim radom se prezentira sistematizovanje digitalnih resursa neophodnih za upravljanje kvalitetom uglja na Tamnavskim kopovima Kolubarskog ugljenog basena, kao i problemi pri prelasku sa tradicionalnog načina vođenja rudničke dokumentacije na savremeni pristup planiranja rudarskih radova korišćenjem specijalizovanih softverskih alata za modeliranje ležišta i planiranje proizvodnje. Ovakav pristup zahteva korenite promene u načinu organizovanja podataka, preciziranje tokova informacija, standardizaciju formata zapisa i standardizaciju razmene informacija. Preduslov za primenu savremenog načina modeliranju ležišta i planiranja rudarskih radova je osposobljen kadar, što se postiže jedino permanentnom edukacijom radnika različitih profila, specijalno geologa i rudarskih inženjera.

U drugom odeljku ovog rada se daje prikaz sistematizacije podataka prikupljenih geološkim istražnim radovima, opis problema koji su se javljali tokom priprema za modeliranje ležišta i

statistička analiza podataka selektovanih u istražnom području. Druga grupa resursa se odnosi na grafičke podloge koje se odnose na model terena i objekata na terenu.

Treći odeljak daje prikaz modela ležišta korišćenjem alata Minex firme Gemcom1, koji obuhvata strukturne i modele kvaliteta za deo polja “Tamnava Zapadno Polje” i za polje “Veliki Crljeni”. U četvrtom odeljku se daje kratak opis koncept upravljanja kvalitetom uglja, akcentujući potencijalna mesta u tehnološkom lancu proizvodnje uglja za homogenizaciju uglja, odnosno za ujednačavanje kvaliteta uglja. Dalja istraživanja biće usmerena pre svega na dalji razvoj resursa koji su već integrisani, ali i integrisanje drugih resursa kao što su podaci sa različitih on-line analizatora, uzorkivača i vaga čime će se omogućiti praćenje proizvodnje u realnom vremenu.

2. SISTEMATIZACIJA PODATAKA

2.1. Baza podataka istražnih radova

Osnovna mreža geoloških istražnih bušotina (250 m x 250 m) nije bila dovoljna za upravljanje kvalitetom uglja, tako da su urađeni dodatni geološki istražni radovi sa mrežom bušotina na rastojanju od 125 m x 125 m pa i do 62.5 m x 62.5 m. Namenski je urađeno 50 bušotina sa detaljnim kartiranjem i uzorkovanjem na malim intervalima. i urađene su skraćene tehničke analize. Bušenje i skraćene tehničke analize kvaliteta uglja (donja i gornja kalorijska vrednost, kao i sadržaj pepela i vlage) su urađene u periodu jul-avgust 2007.god.

Osnovu sistema za upravljanjem kvalitetom uglja predstavlja Baza podataka ugljenih basena Srbije (BpUBS), koja je organizovana kao distribuirani sistem sačinjen od centralnog repozitorijuma u Direkciji za razvoj i investicije u EPS-u i četiri repozitorijuma na distribuiranim lokacijama u Kolubari. Unos podataka se vrši kontinualno na svim lokacijama, ali obzirom da serveri nisu povezani međusobno, povremeno se vrši sinhronizacija podataka na centralnom serveru. Za upravljanje podacima se koristi MS SQL Server 2005, a sam program BpUBS Ver.2 je urađen u .NET tehnologiji, u razvojnom okruženju MS Visual Studio 2005.

Baza integriše podatke o istražnim prostorima, bušenju, analizama, hidrogeologiji, ali se za potrebe upravljanja kvalitetom uglja posmatra samo deo koji se odnosi na bušotine, litologiju kartiranih intervala i na tehničke, elementarne i analize pepela uzoraka. Na početku projekta baza je bila samo na centralnoj lokaciji i sadržala skroman fond podataka, tako da se potom krenulo sa korišćenjem BpUBS i na udaljenim lokacijama, odnosno u geološkim službama na Kolubarskim kopovima.

Kompletna baza BpUBS trenutno sadrži blizu 2500 bušotina, sa različitim nivoom detaljnosti opisa, odnosno unete litologije i podataka o različitim analizama uzoraka. Za potrebe modeliranja dela polja „Tamnava Zapadno Polje“ selektovano je 248 bušotina koje se nalaze u definisanom području sa skoro 4000 analiziranih uzoraka i 7000 litoloških opisa kartiranih intervala. Za polje „Veliki Crljeni„ je mnogo manje podataka, 62 bušotine sa svega 47 analiziranih uzoraka i 675 litoloških opisa kartiranih intervala.

Na slici 1 je prikazan karakterističan panel sa pojedinačnim i kompozitnim analizama. Rad na bazi se nastavlja, unose se preostale bušotine, dokumentacija vezana za geologiju, kao i ostale analize koje se tiču direktno kvaliteta uglja, kao što su na primer: granulometrijske, geomehaničke, fizičko-mehaničke, petrološke, palinološke i sl.

1 Surpac Minex Group, http:/www.gemcomsoftware.com/

Slika 1. Panel sa tehničkim analizama uglja

2.2. Statistička obrada i priprema podataka za modeliranje

Podaci su podeljeni po godinama bušenja, jer je uočeno da se kod bušotina iz šezdesetih godina javljaju neočekivano visoke vrednosti za DTE, zbog različitog načina uzorkovanja i malog sadržaja vlage u uzorcima. Takođe je uočeno da se vrednosti pepela kreću u očekivanim granicama, tako da je regresijom određena funkcionalna zavisnost kojom su vrednosti analiza DTE preračunate na osnovu pepela za potrebe modeliranja vrednosti DTE u modelu kvaliteta uglja.

Na slici 2 levo je prikazana funkcionalna zavisnost između DTE i pepela za period šezdesetih godina, koja ne pokazuju očekivanu korelaciju (0,024, a treba bar >0,6), tako da se podaci o analizama iz ovog skupa se ne mogu kao takvi koristiti za modeliranje parametara kvaliteta. Sa druge strana, na slici 2 desno se vidi odgovarajuća zavisnost ali za period 1974-2007. Vrednosti T-testa su za red veličine po apsolutnoj vrednosti veći od 30 (slobodan član 295, član uz pepeo 122), što pokazuje ispravnost teze da je DTE u funkciji pepela procenjen sa verovatnoćom >95%. Koeficijent korelacije r=0.95 između DTE i pepela, a standardna devijacija je 875 kJ/kg procenjene vrednosti. Rađena je statistička analiza greške procene za DTE koja ukazuje na ispravnost funkcionalne veze koja je dobijena regresijom (stvarna raspodela i teorijska raspodela se gotovo poklapaju).

Period 1961, 1962DTE=f(A) DTE = -14.397xA + 11303

r = 0.024, sd=3132

02000400060008000

100001200014000160001800020000

0 5 10 15 20 25 30

A %

DTE kJ/kgPeriod 1974-2007

DTE=f(A) DTE = -178.49xA + 9908.6r=0.95, sd=2789

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

0 10 20 30 40 50 60 70 80

A %

DTE kJ/kg

Slika 2. Funkcionalna zavisnost kalorijske vrednosti uglja i sadržaja pepela po periodima

Obzirom na raspored bušotina, pokazalo se da bi bilo potrebno da se izvrši preračun podataka iz perida 1961-62 godine . Za preračun vrednosti DTE i vlage na osnovu pepela za analize iz 1961 i 1962 godine su korišćene formule:

DTE = -178.49 x A + 9908.6, r=0.95, SD=2789 W = -0.4277 x A + 56.431

2.2. Grafičke podloge

JP «Elektroprivreda Srbije» u cilju daljeg razvoja kolubarskog i kostolačkog rudarskog basena preduzima aktivnosti na izradi plansko-urbanističke i tehničke dokumentacije, tako da su 2007 započeti geodetsko-fotogrametrijski radovi na izradi topografskih planova i ortofotoplanova (topografskih podloga). Na osnovu аerofotogrametrijskog snimanja Kolubarskog ugljenog basena je urađen digitalni model terena (skr. DMT, eng. Digital Terrain Model, eng.skr. DTM) ili kako se još naziva digitalni elevacioni model (skr. DEM).

DMT se može formirati korišćenjem svih raspoloživih metoda za prikupljanje podataka o području koje će obezbediti zahtevanu tačnost koordinata detaljnih tačaka kao što su: terenska merenja za određivanje koordinata detaljnih tačaka (GPS i druge metode) u tzv. rasutom modelu ili rasterskim modelima sa strukturnim linijama terena, kao i tradicionalna fotogrametija na osnovu formiranja stereomodela. Visinska tačnost merenih tačaka je manja od 0,15m. Sadržaj DMT-a čine rasute visinske tačke i strukturne linije, koje podrazumevaju: padne linije, prelomne linije, vododelnice, vodoslivnice, prevojne linije.

DMT je prikazan u vidu triangulacije, a prelomne tačke trouglova poseduju X,Y i Z koordinate, zahvaljujući čemu je model pogodan za dalju obradu u programskim paketima Surpac i Minex za projektovanje kopova i planiranje rudarskih radova. Na slici 3 je prikazan DMT dela površinskog kopa „Tamnava Zapadno polje“.

Slika 3. Digitalni model terena dela kopa „Tamnava Zapadno Polje“

S druge strane, u operativnom praćenju napredovanja rudarskih radova, geodetske službe na

kopovima moraju da kontinualno inoviraju geodetske podloge. Aktuelne situacije stanja rudarskih

radova geodetske službe prosleđuju službama koje se bave planiranjem, ali problem trenutno predstavljaju situacione karte koje su u 2D formatu zapisa, što će reći da tačke i ostali grafički objekti nemaju definisanu kotu. Da bi se takve karte mogle iskoristiti za planiranje rudarskih radova u alatima za planiranje rudarskih radova, konkretno Minex-u, neophodno je promeniti sadašnji 2D zapis u 3D. Takođe treba standardizovati formate zapisa, tipove linija i načina kreiranja grafičkih podloga kako bi bile upotrebljive za korišćenje i u drugim softverskim alatima, osim AutoCad-a.

3. MODELIRANJE RADNE SREDINE

U ovom odeljku se daje kratak pregled prve verzije geološkog modela, koja je dobijena korišćenjem specijalizovanogog softversog paketa Minex. Osnovna namena Minex-a je podrška planiranju rudarskih radova za slojevita ležišta, prvenstveno ležišta uglja, ali i fosfati, cink, boksit i td. On omogućava geodetama, geolozima i rudarskim inžinjerima da efikasno udruže svoje aktivnosti tokom celog životnog veka jednog rudnika. Projektovanje rudnika je čvrsto spregnuto sa geološkim modelom, tako da projekat rudnika ili plan rudarskih radova može da usaglasi sa ekonomskim i geološkim aspektima. Podaci o rezervama i kvalitetu su skladišteni u bazi podataka, što omogućava brz pristup, izmene i izveštavanje.

Baza podataka istražnih radova opisana u odeljku 2 je pripremljena u formatu koji Minex može da direktno čita i prevodi u svoj interni zapis i strukturu podataka koja obuhvata četiri celine: osnovne podatke o lokacijama i geometriji bušotina, podatke o litologiji kartiranih intervala, podatke o analizama uzoraka i podatke o stratigrafiji, odnosno podatke o definisanim slojevima. Obzirom da u centralnoj bazi postoje informacije samo o osnovnim ugljenim slojevima, sledeći korak je bio modeliranje stratigrafije. Definisana je osnovna koncepcija šifriranja stratigrafskog niza, odnosno hijerarhije slojeva, a potom je urađeno šifriranje slojeva na svakoj bušotini. Na slici 4 je prikazan princip kodiranja slojeva u Minex-u, odnosno način na koji se u bazi podataka definiše raslojavanje slojeva.

Slika 4. Definisanje raslojavanja u Minex-u

Hijerahija slojeva definisanih u modelu koji se prezentira u ovom odeljku je data u vidu drveta prikazanog na slici 5. Maksimalna dužina šifre sloja u Minex-u je 4 karaktera (slova ili cifre), tako da su prvo korišćene duže šifre zbog olakšanog šifriranja raslojavanja, a potom su svedene na 4 karaktera, što je u tekst boksovima naznačeno (npr. U1112 je postao UC2) .

Slika 5. Hijerarhija slojeva strukturnog modela

Na slici 6 je dat 3D prikaz strukturnog modela u radnom okruženju Minex-a. Na levoj strani prozora je prikazan spisak mreža, odnosno „gridova“ (eng. grid) strukturnog modela, kojima su predstavljene krovine i podine slojeva ugljenih serija na modelu „Tamnava Zapadno Polje“. U desnom delu prozora je odgovarajuća vizuelizacija slojeva, kojoj je pridružen i 3D prikaz bušotina. Radi bolje preglednosti, razmera je po z koordinati uvećana. Gornji deo prozora sačinjava više traka sa alatima koji pružaju brojne funkcionalnosti za modeliranje, podršku modeliranju: pripremu grafike, uvoz/izvoz podataka, statističke analize i sl.

Slika 6. 3D vizuelizacija dela strukturnog modela „Tamnava Zapadno Polje“

Kao primer 2D prikaza strukturnog modela na slici 7 je prikazan karakteristični profil.

Modeliranje kvaliteta je urađeno za kalorijsku vrednost (DTE), sadržaj vlage i pepela, ali obzirom da su bazi podataka i podaci o sumporu i drugim elementima, moguće je u kratkom roku dopuniti

postojeći model dodatnim parametrima. Rezultate modeliranja kvaliteta u Minex-u je moguće prikazati za svaki sloj i za svaki modelirani blok ponaosob. Takođe je moguće uraditi izvoz odnosno eksportovanje proračunatih vrednosti i potom ih koristiti u narednim fazama upravljanja kvalitetom uglja, konkretno za izradu tehnološkog modela.

Slika 7. Primer profila strukturnog modela „Tamnava Zapadno Polje“

U tehnološkom modelu se obrađuje raspoloživa oprema, njene tehnološke mogućnosti i

realno stanje kao osnova za operativno planiranje mesta i uslova otkopavanja. Koristeći geološki model i tehnološke i konstruktivne parametre opreme razvijeno softversko rešenje daje predlog korišćenja pojedinih bagera sa ciljem da se (korišćenjem celokupne raspoložive mehanizacije i opreme) dobiju zahtevane količine uglja u granicama zadanog kvaliteta. 4. KONCEPTUALNI MODEL UPRAVLJANJA KVALITETOM UGLJA

Model upravljanja kvalitetom uglja bazira se na kontroli i upravljanju svim delovima procesa otkopavanja, transporta, deponovanja i utovara uglja. Za ovakav rad, apriori je potrebno obaviti stručno dugoročno planiranje na nivou Basena ili zavisnih delova kopova kako bi se izbegle situacije da u pojedinim vremenskim periodima nije moguće postići homogenizaciju uglja po kvalitetu, potom srednjeročno planiranje na nivou kopa ili kopova koji se objedinjavaju u jedinstevni sistem kako bi se rudne rezerve i oprema koristili racionalno i kratkoročno planiranje – operativno kako bi svaki učesnik u procesu imao konkretan, jasan i nedvosmoslen zadatak koji treba da ostvari bez da se, kao pojedinac, stara o radu, mogućnostima i zadacima drugih učesnika.

Na slici 8 prikazana su mesta na kojima je moguće vršiti homogenizaciju uglja na P.K. "Tamnava". Očigledno je da sva mesta na kojima se može vršiti homogenizacija nisu podjednako bitna. Naime, osnovno (primarno) mesto homogenizacije je mesto otkopavanja, a propust koji se tu napravi u narednim fazama mešanja ne može se uvek potpuno ispraviti. Ukoliko se u fazi otkopavanja plan u potpunosti ispoštuje u narednim fazama se kvalitet može dodatno popraviti, ali i pokvariti. Međutim, u realnim uslovima i popravljanje i kvarenje uspostavljenog kvaliteta propustima u narednim fazama rada je ograničeno i ne može da bitno kompromituje rad na kopu. Na slici su posebnim simbolima naznačena mesta bitna za homogenizaciju, odnosno mesta na kojima se mogu načiniti značajnija tehnološka poboljšanja u procesu homogenizacije.

Slika 8. Mesta na kojima je moguća homogenizacija uglja na P.K. "Veliki Crljeni"

i "Tamnava-Zapadno polje" i njihov značaj u sistemu kombinovane homogenizacije

Na slici 9 je prikazan konceptualni model integralnog sistema za planiranje i praćenje proizvodnje uglja, čija je osnovna namena upravljanje kvalitetom uglja. Konceptualni model je nastao na bazi iskustava koja su stečena u dosadašnjoj primeni sistema za upravljanje kvalitetom uglja u zemljama sa najvećom proizvodnjom uglja i najnovijih tehnoloških i informatičkih dostignuća u ovoj oblasti definisan. Suština ovog sistema se zasniva na nizu aktivnosti koje podrazumevaju:

− Izradu geološkog modela ležišta, − Izradu tehnološkog modela ležišta, − Operativnom planiranju i analizi rada bagera, − Operativnoj kontroli rada bagera uz korišćenje on-line analizatora, − Korišćenju deponije, po potrebi, i − Isporuku uglja TENT-u potrebnog kvaliteta i količine sa izveštavanjem – automatskim

slanjem sertifikata voza odmah po utovaru. Razvijeno softversko rešenje omogućava brzu simulaciju radi sagledavanja u kojoj meri se

planirani i zahtevani uslovi ispunjavaju. Na osnovu dobijenih rezultata, inženjer zadužen za kontrolu i vođenje procesa izdaje konkretne operativne zadatke svakom rukovaocu i nastavlja da prati ostvarene rezultate. Kao deo tehnološkog modela pojavljuje se i model rada postojeće deponije uglja "Tamnava" tako da dežurni inženjer može da donosi odluku o korišćenju deponovanog uglja radi korekcije kapaciteta ili kvaliteta uglja, koji se otprema prema termoelektranama ili o privremenom punjenju deponije.

Slika 9. Konceptualni model informacionog sistema za upravljanje kvalitetom uglja

REFERENCE

[1] Kolonja B. et al., Management of coal quality from Kolubara mines for power plants supply,

Zbornik radova III miedzynarodowy kongres Gornictwo wegla brunatnego (2002), Polska – Belchatow, pp.

[2] Kolonja B. et al., Koncepcija upravljanja kvalitetom uglja na primeru površinskih kopova "Tamnava", Elektroprivreda, Vol. LVIII, No. 1, (2006) pp. 72-86

[3] Kolonja B. et al,. Management system for the coal quality control on lignite open pit mines in Serbia, Zbornik radova, The 3rd Inter. Conf. Logistics and Transport, Vysoke Tatry, CD

ZAHVALNOST Ovaj rad je podržan od Ministarstva nauke Republike Srbije u okviru Nacionalnog programa energetske efikasnosti broj 401-00-258/2007-01/213005B.

uc SUKU Use Case Model

Dispeèer

(from Profili)

Bagerista

(from Profili)

Radna sredina

+ Izrada geološkog modela ležista+ Izrada tehnološkog modela ležišta+ Statistièka obrada geoloških podataka i rezultata analiza+ Upravljanje podacima o istražnim radovima (veza sa BpUBS)

Planiranje proizvodnje

+ Planiranje proizvodnje+ Operativno planiranje+ Model rada bagera+ Planiranje zastoja

Praæenje proizvodnje

+ Praæenje proizvodnje+ Korišæenje deponije+ Praæenje isporuke uglja

Geolog

(from Profili)

Planer (strategijsko)

(from Profili)

Administracija sistema

+ Definisanje konstruktivnih parametara mašina+ Definisanje parametara rada mašina+ Održavanje podataka o mašinama+ Upravljanje reènikom podataka+ Upravljanje domenima+ Održavanje korisniènih naloga+ Upravljanje parametrima aplikacija

Operativni inženjer za upravljanje kvalitetom

uglja(from Profili)

Planer rudarskih radova

(from Profili)

Administrator sistema

(from Profili)

Menadžer

(from Profili)